DE2538216B2 - Trocken-Kühlturm mit einem ringförmigen, kaminartigen Mantel - Google Patents

Description

Ein solcher Trocken-Kühlturm ist aus DE-AS 01 127 bekanntgeworden. Mit dieser bekannten Konstruktion wurde versucht, die nachteilige Wirkung des Windes zu vermeiden oder zumindest beträchtlich herabzusetzen durch Verringerung der Höhe, bei der die Kaltluft zu den Wärmeübertragungselementen geführt wird, die sich in der Mitte des Turms befinden, indem man letztere in einer geringeren Höhe als die am Umfang befindlichen Wärmeüberfragungselemente an-5 ordnet Diese Ausbildung macht jedoch die zentralen Elemente für die Windwirkung sehr viel anfälliger.

Will man diesen Nachteil beseitigen, indem man nach der DT-AS 19 60 619 die zentralen Wärmeübertragungselemente höher als die am Umfang befindlichen anordnet, dann führt dies zu einer unerwünschten Verringerung der Höhe des Kaminzugs.

Auch der aus der FR-PS 21 97 152 bekanntgewordene Kompromiß, die Wärmeübertragungselemente gewölbt zusammen mit Trennwänden anzuordnen, um sie als Luftführungen auszunutzen, sie progressiv und radial nach unten ausgehend vom Umfang zur Mitte des Turms auszurichten und den Wärmeübertragungselementen eine zur Mitte fortschreitend abnehmende Höhe zu geben, um das Austrittsprofil der Kaltluft zu verringern, ohne den Kaminzug zu beeinträchtigen, mag zwar den Gesamtwirkungsgrad der Batterien verbessern, zwingt jedoch zur Verwendung von Wärmeübertragerelementen, die unterschiedliche Abmessungen haben, die entsprechend der Stelle berechnet sind, die sie im Turm einnehmen müssen, und die mit Trennwänden versehen sind, um den Wind auszuschalten, so daß sich die Kosten der Anlage unwirtschaftlich erhöhen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Trocken-Kühlturm zu schaffen, bei dem unter Vermeidung der Nachteile des gattungsmäßigen Trocken-Kühlturms die Eintrittsgeschwindigkeit der Kaltluft in den Turm mit Sicherheit größer als die mittlere Geschwindigkeit des Windes ist, damit die Luftdurchsatzmenge weniger

anfällig für Änderungen des Windes und vor Windstößen im Inneren des Turms im Falle von Sturm besser geschützt ist.

Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von einem Trocken-Kühlturm nach der DE-AS 16 01 127 dadurch, daß die inneren Gruppen von Wärmeübertragungselementen konzentrisch zur Mitte des Kühlturms vertikal mit vertikal stehenden Wärmeübertragungsrohren angeordnet sind und daß die äußeren Gruppen von Wärmeübertragungselementen an ihrem einen Ende am Kaminsturz des Mantels oder auf einer oder mehreren Reihen kreisförmig angeordneter Träger und an ihrem anderen Ende auf dem oberen Rand der inneren, vertikal angeordneten Gruppen von Wärmeübertragungselementen abgestützt sind.

Außer der Lösung der gestellten Aufgabe ergibt ein Trocken-Kühlturm nach der Erfindung den weiteren Vorteil, daß eine Erhöhung der Wärmeaustauschfläche eines beliebigen Turms gewährleistet ist, dessen Durchmesser, dessen Gesamthöhe und dessen Höhe der Lufteinlaßöffnung konstant bleiben, was zu einer höheren Kühlleistung und/oder einer besseren Kühlqualität führt, d. h. zu einer niedrigeren Endtemperatur des Kühlströmungsmittels, einer Temperatur, die derjenigen der Umgebungsluft näher ist, wobei jedoch die Vorteile bezüglich der Lufteintrittsgeschwindigkeit, d. h. die Unempfindlichkeit gegen Wind, erhalten bleiben.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Trocken-Kühlturms sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 5 beispielsweise erläutert: Es zeigt:

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Trocken-Kühlturms,

F i g. 2 eine Teildarstellung des Aufbaus einer Gruppe von vertikalen Wärmeübertragungselementen, die zurückgesetzt zum Lufteinlaß eine Gruppe horizontaler Wärmeübertragungselemente tragen,

F i g. 3 einen Querschnitt des Turms in der Höhe der Gruppe von horizontalen Wärmeübertragungselementen,

F i g. 4 vergrößert die in F i g. 3 gezeigte Anordnung, und

Fig.5 eine Seitenansicht der Reihenschaltung zwisehen ein?c vertikalen und einer entsprechenden horizontalen Gruppe von Wärmeübertragungselementen.

Der Kamin bzw. Mantel 11 des dargestellten Trocken-Kühltuims 10 besteht aus einer dünnen Betonwand und wird von V-förmigen Stützen 12 getragen. Der Trocken-Kühlturm 10 weist unten eine ringförmige öffnung 13 für den Eintritt von Luft auf. Mit //, D und £sind jeweils die Höhe des Kühlturms 10, sein Durchmesser in der Höhe der Luftansaujöffnung und die Höhe dieser ringförmigen öffnung 13 bezeichnet, wobei Pfeile die Strömungsrichtung der Kühlluft durch natürlichen Zug in dem Kühl turm 10 angeben.

Auf dem Boden wird konzentrisch zur ringförmigen öffnung 13 zwischen einem Fünftel und einem Drittel des Radius des Kühlturms 10 ausgehend von der öffnung eine Gruppe üblicher Wärmeübertragungselemente 14 von gerippten Wärmeübertragungsrohren 15 errichtet, die vertikal paarweise zweckmäßigerweise in V-Form angeordnet werden, damit die Wärmeaustauschoberfläche im Querschnitt ein gezacktes Vieleck bildet, dessen Zähne 17 zum Inneren des Kühlturms 10 gerichtet sind.

Nahe der ringförmigen öffnung 13 wird innerhalb des Kühlturms 10 eine einzige kreisförmige Reihe von Trägern 18 errichtet Eine Gruppe üblicher Wärmeübertragungselemente 19 mit gerippten Rohren 20 wird horizontal oder leicht nach unten zur Mitte des Kühlturms 10 geneigt zwischen dem oberen Ende 21 der Träger 18 und dem oberen Ende 22 der vertikalen Wärmeübertragungselemente 14 angeordnet, wobei die äußeren Wärmeübertragungselemente 19 zweckmäßigerweise dachförmig mit nach oben gerichteter Spitze 23 angeordnet werden. Die beiden Gruppen von Wärmeübertragungselementen werden durch Eckschienen 24 verbunden. Wegen der radialen Anordnung der Gruppen von Wärmeübertragungselementen, die über dem Lufteinlaß durch die ringförmige öffnung 13 liegen, besteht zwischen je zwei Gruppen von äußeren Wärmeübertragungselementen 19 ein freier Raum 25 in Form eines Sektors, dessen Bogen den Umfang des Mantels 11 bildet Diese Zwischenräume werden in bekannter Weise verschlossen, um die Luft zu zwingen, die Gruppen von Wärmeübertragungsele.-.ienten zu durchlaufen, und in entsprechender Weise wird der ringförmige Zwischenraum 42 zwischen der Außenwand und dem Ende der horizontalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen verschlossen.

Jede Gruppe von Wärmeübertragungselementen hat zweckmäßigerweise zwei Gruppen paralleler Rohre, die die beiden Schichten A und B des Wärmetauschers bilden, und jede Gruppe kann getrennt mittels Flüssigkeitsbehältern mit Flüssigkeit versorgt werden, an die die Enden der Rohre angeschlossen sind. Eine Gruppe von Wärmeübertragungselementen hat an f>5 jedem ihrer Enden einen in zwei Kammern geteilten Behälter. Die Schicht A ist der Umgebungsluft direkt auseesetzt. während die Scnicht B die bereits teilweise erwärmte Luft erhält

Wenn die zu kühlende Flüssigkeit insbesondere das heiße Wasser des Kondensators einer Dampfturbine eines Elektrizitätswerks in jeder vertikalen Gruppe von Wärmeübertragungselementen 14 und der horizontalen Gruppe von Wärmeübertragungselementen 19, an der sie befestigt ist, der Reihe nach umlaufen soll, und wenn die kalte Luft zunächst auf den aufsteigenden Strom heißen Wassers treffen soll, führt min die folgende Anordnung durch:

Heißes Wasser wird in den Kühlturm 10 durch ein gerades Leitungssystem 26 mit einem kreisförmigen Abschnitt bzw einem Heißwasserspeicher 27 eingeleitet, das mit einer nicht gezeigten Umwälzpumpe versehen ist, wobei der Abschnitt senkrecht zu den vertikalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen 14 angeordnet ist;

nahe diesem Sammler wird ein zweiter kreisförmiger Speicher 28 angeordnet, der mit dem geraden Leitungssystem 29 verbunden ist, um das gekühlte Wasser abzuführen;

die öffnung 30 des unteren Wasserbehälters L der Schicht A der Gruppe von Wärmeübertragungselementen 14 wird mit dem Heißwasserspeicher 27 verbunden; mittels einer Leitung 31 wird die öffnung 32 des oberen Wasserbehälters L' der Schicht A der Gruppe von Wärmeübertragungselementen 14 mit der öffnung 33 des am weitesten innerhalb des Kühlturms 10 gelegenen Wasserbehälters M der Schicht A der Gruppe von Wärmeübertragungselementen 19 verbunden;

mittels einer Leitung 34 wird die öffnung 35 des am weitesten innerhalb des Kühlturms 10 gelegenen Wasserbehälters M der Schicht B der Gruppe von Wärmeübertragungselementen 19 mit der öffnung 36 des oberen Wasserbehälters L' der Schicht B der Gruppe von Wärmeübertragungselementen 14 verbunden;

dadurch, daß man die innere Trennwand der Wasserbehälter M' der Gruppe von Wärmeübertragungselementen 19, die am wenigsten innerhalb des Kühlturms 10 liegen, wegläßt, werden die Schicht A und die Schicht B jeder horizontalen Gruppe von Wärmeübertragungselementen verbunden;

die öffnung 37 des unteren Wasserbehälters L der Schicht B wird mit dem ICaltwassserspeicher 28 verbunden.

Da die Wasserbehälter M' der Gruppen von Wärmeübertragungselementen 19 den beiden Schichten A und B gemeinsam sind, läuft das Wasser automatisch von dem Heißwassereinlaß zu dem Kaltwasser-Auslaßleitungssystem, wobei es aufeinanderfolgend die Schichten A und B durchläuft, sobald durch eine besondere Pumpe mit geringer Förderleistung, jedoch größerer manometrischer Förderhöhe als die nicht gezeigte Umwälzpumpe auf den Siphon eine Ansaugwirkung ausgewirkt wird.

Selbstverständlich zeigt die F i g. 4 nur die Schicht B zweier verbundener Gruppen von Wärmeübertragungselementen und folglich befinden sich die Wasserbehälter der Schicht A und ihre öffnungen 30,32 und 33 tatsächlich dahinter.

Zu beachten ist, daß die Anlage außerdem Leitungen 38 ^F i g. 3,4 und 5) geringen Durchmessers haben kann, die mit dem höchsten Punkt einer jeden Gruppe von Wärmeübertragungselementen verbunden sind. Sie dienen zur Ableitung von in den Gruppen von Wärmeübertragungselementen beim Füllen dieser mit

Flüssigkeit enthaltenem Gas und zur Einleitung des gleichen Gases bei ihrem Entleeren. Dieses Gas ist entweder gegebenenfalls getrocknete atmosphärische Luft oder ein inertes Gas wie Stickstoff. Es hat im allgemeinen einen Druck, der höher als der atmosphärische Druck ist, um die Möglichkeit des Siedens der Flüssigkeit zu verringern, deren Druck beim Anstieg in den Gruppen von Wärmeübertragungselementen abnimmt.

Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß die direkt der Luft ausgesetzten Rohre nicht Gefahr laufen, sich mit Eis zu füllen, wenn es sehr kalt ist, selbstverständlich umfaßt jedoch der Kühlturm jede andere Art der Umwälzung und alle verschiedenen Arten vor. paralleler Flüssigkeitsumwälzung, d. h. die Anordnungen, die mittels Speichern gebildet werden, die getrennt die vertikalen und die horizontalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen speisen und zwischen der Gruppe vertikaler und der Gruppe horizontaler Wärmeübertragungselemente und/oder unten an den vertikalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen und am Umfang des Kühlturms 10 in der Höhe der horizontalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen liegen.

Bei der gezeigten Ausführungsform hat der Kühlturm 10 Windabschirmungen 39 entsprechend denjenigen, die bei dem mit Feuchtigkeit arbeitenden Kühltürmen vorgesehen sind, um starke Winde, die im Falle von Sturm auftreten, abzuhalten und die Bildung von Wirbeln bei der Verteilung der Luft im Inneren des Kühlturms zu verringern.

Diese Abschirmungen bestehen aus ebenen vertikalen Wänden, die sich von dem Umfang des Kühlturms 10 bis zum Ende der Gruppe von Wärmeübertragungselementen erstrecken, die in diesem Falle kreuzförmig angeordnet sind, um das Kühlsystem in Viertel aufzuteilen, so daß die Winddurchgänge verringert werden.

Aus der Beschreibung folgt, daß die Anordnung der Gruppe von Wärmeübertragungselementen keine besondere Tragkonstruktion erfordert, da die horizontalen direkt von den vertikalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen selbst und durch eine einzige kreisförmige Reihe von Zwischenträgern von den Trägern 40 getragen werden. Letztere können außerdem von dem Kaminsturz 41 oder von irgendeinem anderen Traggestell ersetzt werden.

Bei 43 und 44 sind zwei Laufstege gezeigt, die den Durchgang von Personen ermöglichen, die mit der Überwachung und Wartung beauftragt sind.

Die Anordnung ist damit ebenso einfach wie bei trockenen Kühltürmen, bei denen die Wärmeaustauschoberfläche ausschließlich von den vertikalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen gebildet wird, die in der Lufteinlaßöffnung angeordnet sind.

Im Vergleich zu diesen bekannten Kühltürmen sind die kreisförmigen Speicher 27 und 28 entsprechend der gezeigten Ausführungsform kurzer, da sie näher an der Mitte des Kühlturms 10 angeordnet sind, was zu einer Verringerung der Gesamtleitungslänge führt Wenn man außerdem die Höhe E der öffnung des Lufteinlasses bei 13 mit der Höhe der öffnung E' eines derartigen üblichen Kühlturms mit gleichem Durchmesser D und gleicher Höhe H und gleicher Kühlkapazität vergleicht, ist E wesentlich kürzer als E'. Diese Tatsache ί ist völlig logisch. Da die Wärmeaustauschoberfläche, die durch die Gesamtlänge der Rohre geschaffen wird, in beiden Fällen gleich ist, und da die Höhe des Kühlturms nicht geändert wird, ist die Durchsatzmenge der durch den Zug in dem Kühlturm herangeführten Kaltluft

ίο praktisch gleich. Da ein wesentlicher Teil der Gesamtfläche sich im Falle des beschriebenen Kühlturms in Form von horizontalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen darbietet, erstreckt sich die vertikale Fläche weit weniger. Daraus folgt, daß die Luftdurch-

! 5 satzmenge, die den gleichen Änderungen der Geschwindigkeit und der Richtung des Windes unterworfen ist, einen Kreisquerschnitt geringerer Höhe E durchlaufen muß und mit einer viel höheren Geschwindigkeit in den Kühlturm eintritt. Es ist klar, daß die örtlichen Luftdurchsatzmengen weitaus unabhängiger von diesen Änderungen sind, und daß die durch die Geschwindigkeit des Windes auf den Zug ausgeübte störende Wirkung erheblich verringert wird. Hinsichtlich der Höhe der vertikalen und der horizontalen Gruppen von Wärmeübertragungselementen gelingt es, der Luft eine Geschwindigkeit zu verleihen, die doppelt so groß wie diejenige ist, die allgemein am Eingang eines üblichen Kühlturms herrscht. Man erkennt, daß mit einem derartigen Geschwindigkeitsbereich der Eingangsluft es möglich ist, die Kühlkapazität des Kühlturms 10 nur dadurch zu erhöhen, daß die Eingangshöhe E eine kaum höhere Abmessung erhält, ohne dabei den Abzug zu stören und die Abmessungen Hund D des Kühlturms 10 zu erhöhen.

J5 Die Verringerung der Höhe £ bezüglich der Höhe E' eines üblichen Kühlturms mit vertikalen Umfangsgruppen von Wärmeübertragungselementen ermöglicht es außerdem, die Gesamthöhe //des Kühlturms 10 um eine entsprechende Größe zu verringern und demgemäß die Konstruktion des Kühlturms 10 leichter zu machen, jedoch die gleiche Nutzhöhe des Kühlturms 10 beizubehalten. Dieser Vorteil kommt zu demjenigen infolge der Verringerung der Höhe des Lufteingangs hinzu, wenn man den Ersatz der üblichen Querstreben, die den Kamin bzw. Mantel tragen, durch kürzere. V-förmige Kolonnen wie bei den feuchten Kühltürmen berücksichtigt

Zusätzlich entspricht bezüglich der oben erwähnten üblichen trockenen Kühltürme die Verringerung der Höhe des Lufteingangs im Falle der Kühlung einer Flüssigkeit eine geringere Pumphöhe im Stadium des Auffüllens der Gruppe von Wärmeübertragungselementen, so daß die Anlaßpumpe eine geringere Leistung haben kann. Die manometrische Förderhöhe der Umwälzpumpe kann in allen Fällen ebenso verringert werden, in denen sie größer als die verringerte Höhe des Lufteingangs bei 13 des Kühlturms 10 wäre, um zu vermeiden, daß am höchsten Punkt der Gruppe von Wärmeübertragungselementen der Druck unter den Siededruck der Flüssigkeit unter Berücksichtigung ihrer erhöhten Temperatur fällt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Trocken-Kühlturm mit einem ringförmigen, kaminartigen Mantel, mit einer ringförmigen Lufteintrittsöffnung am unteren Ende des Mantels, mit im Bereich des inneren Umfangs des Mantels oberhalb der Lufteintrittsöffnung in etwa vom Rand des Mantels zur Mitte des Kühlturms ausgerichteten, waagerecht oder schwach geneigten, dachförmigen äußeren Gruppen von Wärmeübertragerelementen, die zumindest teilweise auf Trägern abgestützt sind und die aus waagerecht oder schwach geneigt angeordneten Wärmeübertragungsrohren bestehen, mit weiteren, um die Mitte des Kühlturms angeordneten, inneren Gruppen von Wärmeübertragungselementen, die tiefer als die Wärmeübertragungselemente der äußeren Gruppen angeordnet sind,

und mit Abdichtungen des nicht von Wärmeübertragungselementen bedeckten Querschnitts des Kühlturms,

dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Gruppen von Wärmeübertragungselementen (14) konzentrisch zur Mitte des Kühlturms (10) vertikal mit vertikal stehenden Wärmeübertragungsrohren (15) angeordnet sind und daß die äußeren Gruppen von Wärmeübertragungselementen (19) an ihrem einen Ende am Kaminsturz (41) des Mantels (11) oder auf einer oder mehreren Reihen kreisförmig angeordneter Träger (18) und an ihrem anderen Ende auf dem oberen Rand der inneren, vertikal angeordneten Gruppen von Wärmeübertragungselementen (14) abgestützt sind.

2. Kühlturm nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikal stehenden Wärmeübertragungselemente (14) als ebene Batterie mit ihren vertikalen Wärmeübertragungsflächen ein im Querschnitt konvexes Polygon bilden.

3. Kühlturm nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikal stehenden Wärmeübertragungselemente (14) als V-förmige Batterien mit ihren vertikalen Wärmeübertragungsflächen ein im Querschnitt konkaves Polygon bilden.

4. Kühlturm nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze von zwei V-förmig angeordneten Batterien von vertikal stehenden Wärmeübertragungselementen (14) in das Innere des Kühlturms (10) gerichtet ist.

5. Kühlturm nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze von zwei V-förmig angeordneten Batterien von vertikal stehenden Wärmeübertragungselementen (14) bezüglich des Kühlturms (10) nach außen gerichtet ist.

6. Kühlturm nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Gruppen von vertikal angeordneten Wärmeübertragungselementen (14) etwa zwischen einem Fünftel und einem Drittel des Radius des Kühlturms (10) vom Mantel (11) des Kühlturms (10) ausgehend angeordnet sind.